Quando a Bonnie recebe o LilyPad, um tablet inteligente capaz de disputar a atenção dela e até de influenciar as suas escolhas, o Woody, o Buzz Lightyear, a Jessie e o resto do grupo percebem que enfrentam o maior desafio das suas vidas: não um vilão de plástico, mas a própria tecnologia moderna, que ameaça substituir a magia da hora da brincadeira. Ela vem colocar à prova tudo aquilo em que acreditam: a amizade, a lealdade e o verdadeiro significado de pertencer.
Liderada pela Jessie, a equipa embarca numa missão de coragem, humor e união para recuperar o espaço que sempre tiveram no coração da Bonnie. À medida que novas aventuras surgem, e novos brinquedos entram em cena, antigas dúvidas regressam: qual é o lugar de um brinquedo quando já não é o favorito?